电子技术课程设计报告分析解析.docx

1、电子技术课程设计报告分析解析合肥工业大学电子技术课程设计报告课程名称： “方向之星”控制器系 部: 材料科学与工程学院 专业班级： 新能源材料与器件 11-1班学生姓名： 指导教师：李玉长完成时间：2013年7月23日方向之星”控制器设计报告一、 内容提要 :由电子电路设计一组灯饰， 把它安装在小汽车的后窗上， 用以提示小汽车的左转弯、 右转弯、刹车等行车情况，该组灯饰叫 “方向之星”。二、 设计内容及要求 :1、 正常直线行驶时，两排小灯不亮。这时若紧急刹车（按键J）,左（右）排灯同时闪亮，速率1 次/ 秒;2、 左转弯（按键L）时，左排灯（4个）依次向左闪亮；这时若紧急刹车（按键J）,左排

2、灯 同时闪亮 , 速率 1 次/ 秒;右转弯（按键R）时，右排灯（4个）依次向右闪亮；这时若紧急刹车（按键J）,右 排灯同时闪亮 , 速率 1 次/ 秒;3、 只要按键L、按键R同时按下，两排小灯不亮，但要 设计一个声光提示电路，提示操 作有误 .三、设计思路及原理 :1 系统概述对上述设计要求进行分析，由于汽车正常运行、左转弯、右转弯、紧急刹车及左转 急刹车，右转急刹车时，所有灯闪亮的次序和是否闪亮是不同的。所以，我们要想办法 把灯光闪亮次序及是否闪亮的信号转化成二进制码，故要用到译码器，以及用来进行计 数的二进制加法器。当然，若要小灯泡达到闪亮的效果，还需一个 555 计时器作计时脉冲。故

3、大致的的方案图如下图所示方案图首先，执行操作时出现依次闪亮的情况，闪亮频率是 1次/秒；说明小灯泡接收的是间隔时钟脉冲，需要利用由“ 555”定时器设置相应的时间间隔，可通过选用适当大小的电 阻、电容元件等进行调节使之频率为 1次/秒。其次，因为左右各有4支灯依次闪亮，所以需要使555定时器输出端作用到4进制 加法计数器；4进制加法计数器可由74LS160连接成四进制计数器，利用置数法，预置数 为0000,去掉6个计数状态，即可实现4进制计数。最后是译码过程，译码过程可以使用 3/8线译码器中最常用的74LS138型译码器， 74LS138型译码器的输出是低电平有效，经非门后，依次产生高电平来

4、控制小灯泡的闪烁 情况。2.单元电路设计、仿真与分析(1)多谐振荡器一输出脉冲信号源脉冲发生电路图:(1)由555定时器内部结构知，2个比较器触发输入端6和2是接在一个端点上 并跟电容C连接，这个端点上的电位uc的变动，决定两个比较器的输出电平的情况，进而决2定了 RS触发器的输出状态。电源 Ucc经R1和艮给电容C充电，当Uc上升到Ucc时，32Ue = U2=- Ucc，输出电压U。为低电平，放电管T导通，电容C经尺和放电端7放电，Uc开31 1始下降，当下降到- Ucc时，U6=U2=- Ucc，输出电压U。为高电平。同时放电管T截止，放3 3电端7断开，电源Ucc又经R和艮给电容C充电

5、，使Uc上升。这样周而复始，电容电压Uc形 成了一个周期性充电放电的指数波形，输出电压 U0就形成周期性的矩形脉冲。在这里，根据要求，小灯在闪烁时的频率为 1次/秒，经计算得知，我们需要的电阻 R1 和R2的阻值均应为0.5MQ，而且，充电电路中的电容C1的大小应为1卩F，放电电路中的电 容C2的大小应为0.01卩F。故计算可得其：充电时间：T1=0.7 (R1+F2) Ci=0.7*1.0*1=0.7s放电时间：T2 =0.7R2C2=0.7*0.5*1=0.35s周期T=T1+T2=1.05sis，即频率成功的控制为1次/秒。(2)四进制加法计数器（2）本次设计中我们需要的是4进制加法计数

6、器，即要有4个状态，而74LS160型芯片在 技术过程中有16个状态，因此必须设法跳过12个状态。首先将输入端 A, B, C, D都接地， 即输入端输入恒为0000。计数器从0000状态开始计数，当计到第4个状态后，即计数器的 状态为0011时，将QA和 QB通过一个与非门接到同步置数端 LD （低电平有效）时，QA和 QB此时同为1,经非门后LD为0,此时计数器强制置零，回到最初的 0000状态。此后清零 信号消失，计数器重新从0000状态计数。应用74160构成的四进制计数器逻辑电路及有效循环状态如图所示。 逻辑电路中，时 钟脉冲端接由555定时器接来的频率为1次/秒的脉冲信号，这样，电

7、路就跳过了 01001111 这12个状态，实现4进制计数。（3）二进制译码器：7413S(3)上图为74138的引脚图，该译码器有3个输入A、B、C,他们共有8种状态的组合，由 二进制代码表示，即可译出对应的 8个输出信号，输出信号为高电平，该译码器称为 3线-8 线译码器。译码器设置了 G、G2A和G2B三个使能输入端，由功能表可知，当 G为1,且G2A 和G2B均为0时，译码器处于译码状态。在本例中，由左右边的各四盏灯想到，令 C端来控制左右，本设计中是将 丫0-丫3分别用 引线接到左边四个灯，用C=0时来控制，而Y4-Y7分别用引线接到右边四个灯，用 C=0来控 制。(4)灯光控制电路

8、(4)在本设计中，分别用八个与非门接八个灯泡。对左边四灯而言，每个与非门的一条线依次分别接到丫0-丫3，另一条线同时接在一个三线与非门的输出端；对右边四灯而言，每个与非门的一条线依次分别接到 丫4-丫7,另一条线同时接在另一个三线与非门的输出端（5）逻辑控制电路及开关系统（5）试验时：1J开关闭合时（即直行急刹车时），J接地，输出为低电平，又J与译码器的G1端相 连接，即G1的输入为低电平，贝U由译码器的工作原理可知，此时译码器不工作；此时两个三 输入与非门的输入分别为时钟脉冲，J开关经过非门输出的高电平以及左（右）转开关未闭 合而产生的高电平，故两个三输入与非门的输出均为频率为 1次/秒的时

9、钟脉冲，又译码器不 工作时输出均为高电平，故经八个两输入的与非门后，八个灯泡将产生闪烁的现象，且频率2图示1有A,B两个输入端可以变化，此时译码器只有 丫0-丫3四个输出端有变化，丫4-丫7输出端的输 出恒为高电平。又此时L开关关闭，故控制右边四个灯的三输入端与非门的输出恒为高电平， 结合前面分析可知，此时右边四个灯不会亮。由 R开关打开，则控制左端四个灯的三输入与非门的 输出为时钟脉冲。最后，在译码器和时钟脉冲的共同作用下，左边四个灯从右向左依次闪烁，频率为3只有R闭合时（即右转时），L打开，故译码器的C输入端恒为高电平，此时R开关 关闭，故控制左边四个灯的三输入端与非门的输出恒为高电平，结

10、合前面分析可知，此时左 边四个灯不会亮。由L开关打开，贝U控制右端四个灯的三输入与非门的输出为时钟脉冲。最后，在译码器和时钟脉冲的共同作用下，右边四个灯从左向右依次闪烁，频率为 1 次/秒。/叮/冈4当L,J同时闭合（即在左转的同时急刹车），同对只有J闭合时的分析相同，因为 只要有J闭合时，译码器就是处于不工作状态的；又由 对只有L闭合时的分析，此时只有 左边四个灯有可能闪烁，右边四个灯一定不会闪烁。综合两者，经过对电路分析可知，在L,J 同时闭合的情况下，产生的结果就是左边四个灯同时闪烁，并且闪烁的频率为 1次/秒。 IL） / R图示45当R,J同时闭合（即在右转的同时急刹车），同对只有J

11、闭合时的分析相同，因为只要有J闭合时，译码器就是处于不工作状态的；又由 对只有R闭合时的分析，此时只有右边四个灯有可能闪烁，左边四个灯一定不会闪烁。综合两者，经过对电路分析可知，在R,J 同时闭合的情况下，产生的结果就是右边四个灯同时闪烁，并且闪烁的频率为 1次/秒I I 1/ 詁口 j AIRT图示56当L,R同时闭合时（即同时向左右转时），由常识可知小汽车不可能同时向左右两 个方向转，故此时系统将产生报警信号，报警信号灯会亮起。当L,R同时接通时，二者输出的均为低电平，通过或非门后，将产生高电平信号，又 由于此高电平信号恒输入到译码器的 G2A端，导致译码器在此情况下无法工作，其输出端Y0

12、-Y7输出的恒为高电平；又L,R闭合时，导致分别控制左右四个灯的两个三输入与非门输 出恒为高电平，在八个与非门的作用下，向八个小灯输出的恒为低电平，小灯不亮。L,R输出的低电平经或非门恒输出高电平，使报警小灯发光。图示63.电路的安装与调试电路元器件的测试1电源电压的测试本次设计中使用的电压的大小是 5V直流电压，将万用表的旋钮旋到 20V直流电压档， 红表笔接高电平，黑表笔端接地，测得电压大小为 4.8V，在实验误差允许的范围内，该电源 符合实验要求；274LS160四进制加法计数器的测试将74LS160芯片的1,7,10,16端均接高电平，将3,4,5,6,8 端均接地，将13,14端分

13、别接在两个小灯泡上，并通过一个与非门接在 9端，此时会看到两个小灯出现全灭，左边灯亮，右边灯亮，全亮，全灭的循环，即产生了 00,01,10,11的循环，说明该74LS160芯片是完好的。374LS138译码器的测试将74LS138芯片的3, 4,5,8端接地，6,16端接高电平。12,13,14,15端分别接在四个 小灯泡上，1,2端分别接（低，低），（低，高），（高，低），（高，高）四种情况，此时发现 四个灯泡没有出现正常的依次闪亮的现象，经检查发现该芯片与面包板接触不良，重新换过 芯片后，出现了理想的效果。474LS00 （二输入与非门），74LS04 （非门），74LS10 （三输入与

14、非门），74LS11 （三输入与非门），74LS27（三输入或非门）各芯片的测试根据各芯片的逻辑功能，通过与小灯泡连接，控制芯片输入端的高低电平，观察小灯 泡的亮灭情况，从而判断各芯片的完好与否。经试验验证，以上所有芯片均完好可以使用。（2）电路的安装与调试根据电路图，在面包板上依次插入各个芯片， 对照电路图和芯片引脚关系， 依次连线 不过，在线路的连接及连接好后的调试过程，我们发现了很多问题。1在连接线路时，面包板上并没有可供使用的开关，在老师指点下，我们就用连接线 的一端直接用手在面包板上插入或拔出接地端，以此来代替开关实现开关的打开闭合功能。2线路连接完成后，闭合J或L或R开关，小灯泡并

15、没有亮，我们检查了电路并没有 发现问题，向老师寻求帮助，老师告诉我们小灯泡也要供电，其他连接的线只相当于开关功 能，即使连接没问题也只能说明开关的连接正确，还是不能让小灯泡亮。所以我们就将小灯 泡与5V电压相连接，排除了此故障。3电源故障排除后，再次闭合开关，小灯泡仍然不亮。经检查发现，我们使用各种门 电路的芯片的接地端与高电平端没有连接， 在仿真模拟时， 这些门电路直接默认是通电状态， 但是实际连接时，还是要将各芯片的高电平端接电源，接地端接地。发现问题后，我们就及 时做了改正，把缺的线连接上了。4芯片故障排除后，再次闭合开关，小灯泡开始亮起来，但是与我们要实现的目标要 求相比却不完全相符。

16、对小灯闪烁亮灭的规律分析发现，凡是关于小灯闪烁的环节，特别是 需要小灯全部闪烁的环节，都出现了问题，我们分析应该是 555定时器出现错误。询问老师， 老师也说应该是 555定时器的脉冲不稳定或者一下子带不动那么多小灯泡。在老师的建议下，我们把 555定时器上连接的一根线连接到试验箱的单脉冲发射端， 同时用手动及 555定时器给小灯泡加脉冲，结果发现前面所有的问题都解决了。我们连接的 电路成功的实现了要求的所有功能四心得体会及建议经过这一个多星期的电子电路课程设计，我们学到了很多，不仅是知识水平的提高，而且更是动手能力及学习态度的提高。虽然在本学期的课程中，我们曾系统学习了电工学电子技术一书，但

17、是真正要 自己动手操作，完成一个实用有效的电子电路应用方案，对我们来说，确实是个不小的挑战。 在第一周周一的理论课上，老师为我们讲解了一下各个课题的要求，并简单介绍了各个课题 的参考方案图。最后，老师教了我们一个在电子电路方面比较实用的基本的软件 -EWB 的使 用。接下来的一周时间里，我和我的队友一起在网上找资料，我们是从需要用到的的每个 芯片的引脚，功能，等最基本的开始做起，后来，我们在网上找到了参考答案，但是在 EWB软件上仿真模拟的时候，发现根本就实现不了所要求的功能，仔细检查才发现，那个所谓的 参考答案有几出错误，有些还是最基本的错误，而且电路有些复杂。我们就着手进行改正， 到最后发

18、现还是有个功能实现不了。再后来老师答疑的时候，李玉长李老师给了我们提示，可以用译码器 C输入端的高低电平分别控制左右，这样既可以充分运用译码器功能，还能简化电路。所以，我们决定放弃 网上搜来的答案自己设计电路，最后在老师的帮助下，我们共同努力制作出了自己的电路。 虽然耗费了大量精力，但是最终看着自己亲手设计的电路，还是很高兴的。我们想，我们连接的电路在 EWB软件上仿真模拟的很成功，实际连接肯定很快就能连 接好。后来，我们才发现我们错了。老师要我们先对芯片进行测试，但是我们图快，抱着侥 幸心理直接连线，连接完后发现功能实现不了，不得已只能把部分线拆掉，重新开始逐一检 测芯片，果然，发现74LS

19、138芯片不能用，后来发现是接触不良的原因，换了芯片之后，我 们又开始继续连线，就这样第一天没能完成任务，不过我们也懂得了心急吃不了热豆腐，做 实验应该本着务实的精神，不怕麻烦，认真仔细，听从老师建议，这样才能做好实验。第二天，接着前一天的工作，连接好线路，闭合开关却没有得到我们想要的结果，仔细检查电路才发现我们犯了很多小错误。这些错误中有些是我们粗心马虎犯的错，当然有些 是我们自己的知识储备不足造成的。不过，在老师的耐心教导及我们自身的学习改正下，最 终我们还是顺利的完成了电路图连接，并实现了所有功能。在这次课程设计中，我们深刻的认识到了从理论落实到实践环节的难度，虽然整个过 程很累，但是很

20、有意义。让我们对学习过的知识有了更好的把握和更系统的认识，同时也是 对自身知识水平的检验与提升，以及动手能力及团队合作能力的锻炼。当然，我们实验的成功离不开李老师和苗老师的全程的悉心指导，从对每个芯片的认 识到电路图的设计，从线路的连接到具体问题的解决，两位老师都一直在我们身边鼓励，指 导。虽然天气很炎热，虽然实验室休息不好，但老师依然辛苦工作，所以，在这里我们还要 真诚地谢谢两位老师，老师你们辛苦了。五.附录附录一元器件明细表芯片型号功能和作用芯片数量555定时器组成多谐振荡器174160组成4进制计数器174138译码器17400与非门27404非门17410与非门17411与门17427或非门1附录二电路完整原理图LI - t jta -b-l-* .HE盅9C器MlLR*丄 爲0三二 一亠-TH EHi-六.参考文献1林红数字电路与逻辑设计清华大学出版社.2009.2吴敏电工电子实验与仿真.安徽人民出版社3陈大钦电子技术基础实验.4秦曾煌电工学电子技术.高等教育出版社.2004.